К вопросу о многолетней динамике мощности дозы внешнего g-излучения в лесных биогеоценозах

Лесные биогеоценозы занимают особое место при изучении особенностей формирования в них доз внешнего γ-излучения по сравнению с другими типами природно-растительных комплексов, что связано [7]: с многолетним срок жизни древесных растений и аккумулирующим характером накопления радионуклидов, значительным распределением фитомассы по высоте (определяет эффективное задерживание аэрально выпадающих радиоактивных веществ), достаточно медленной миграцией радионуклидов в минеральной части почвы и наличием особого органо-минерального слоя – лесной подстилки, способного эффективно аккумулировать радионуклиды. Указанные особенности лесных насаждений накладывают отпечаток на величину мощности дозы внешнего γ-излучения: в первые месяцы после радиоактивных выпадений данный параметр в лесах больше по сравнению с безлесными территориями при одинаковом уровне радиоактивного загрязнения [2, 3, 8, 9]. Преобладание короткоживущих радионуклидов в радиоактивном загрязнении территории определяет более интенсивное снижением мощности дозы внешнего γ-излучения по сравнению с загрязнением долгоживущими радионуклидами [1, 4].

Целью настоящего исследования явилось изучение особенностей многолетней динамики мощности дозы внешнего γ-излучения в лесных биогеоценозах Республики Беларусь.

Материалы и методы

нятыми в лесной радиоэкологии требованиями [5]. Мощность дозы внешнего у-излучения измеряли дозиметром ДРГ-01Т два раза в год на постоянных реперных точках, начиная с 1988 г. Определение содержания у-излучающих радионуклидов в почве было выполнено в 1989 г. с использованием HPGe-детектора на спектрометре Ortek. Плотность загрязнения у-излучающими радионуклидами в 1986 г. определяли с помощью ретроспективных расчётов исходя из плотности загрязнения радионуклидами почвы в 1989 г. и периода полураспада каждого радионуклида. Пробные площади были сгруппированы по сопоставимому долевому вкладу в у-спектр различных радионуклидов, по расстоянию и направлению от ЧАЭС, при этом в каждую группу объектов вошло по четыре пробные площади (табл. 1).

Для исследования многолетней динамики мощности дозы для каждой пробной площади исследуемый показатель выражали в относительных единицах относительно момента начала наблюдений (1988 г.). В пределах каждой группы объектов относительные показатели мощности дозы усредняли по каждому сроку наблюдений и аппроксимировали двухкомпонентной экспоненциальной зависимостью:

MD = A1 - e A2 ’ t + A3 - e A4 - t,

где А 1 , А 2 , А 3 и А 4 – параметры зависимости, t – временной шаг, равный периодичности отбора проб в 0,5 года.

Таблица 1

Удаление пробных площадей от ЧАЭС и относительный вклад радионуклидов в спектр у-излучения

Группа объектов	Удаление и направление от ЧАЭС	Относительный вклад радионуклидов в спектр у -излучения на 1986 г.
		144Ce	106 Ru	137 Cs	134 Cs
I	11-13 км, северо-восток	65-70	15-25	< 10	< 5
II	15-20 км, северо-восток	30-40	15-20	< 30	< 15
III	30-35 км, север	40-45	30-40	15-20	< 10
IV	>180 км, северо-восток	< 10	< 10	> 60	< 30

Первое слагаемое зависимости отражает «быстрое» снижение мощности дозы с периодом полуснижения равным 2-ln(2)- A 2 (лет), характерное для первых лет после выбросов и обусловленное радиоактивным распадом короткоживущих радионуклидов, второе – «медленное» снижение с периодом полуснижения равным 2-ln(2)- A 4 (лет), обусловленное радиоактивным распадом и миграцией в корнеобитаемом слое почвы долгоживущего ¹³⁷Cs.

Оценку соответствия наблюдаемых и регрессионных значений проводили путём расчетов корреляционного отношения между ними и относительной ошибки прогнозирования.

Результаты исследований и их обсуждение

Параметры двухкомпонентной экспоненциальной зависимости мощности дозы внешнего у-излучения приведены в таблице 2, аппроксимация динамики мощности дозы по группам объектов – на рисунке.

Параметры уравнения для различных групп ПП

Таблица 2

Группа ПП	Параметры уравнения				Период полуснижения, лет		Статистические показатели
	А 1	А 2	А 3	А 4	«быстрое»	«медленное»	корреляционное отношение	ошибка прогноза, %
1	0,802	-0,285	0,392	-0,023	1,2	14,9	0,991 ± 0,012	1,78
2	0,479	-0,247	0,649	-0,022	1,4	15,5	0,997 ± 0,011	1,62
3	0,703	-0,297	0,463	-0,021	1,2	16,5	0,997 ± 0,011	1,60
4	0,422	-0,159	0,624	-0,019	2,2	18,0	0,996 ± 0,012	1,76

1.00

0.90

0.80

0.70

0.60

0.50

0.40

сГ

О

^ 0.30

ф 0.20

s

s

0.10

0.09

0.08

0.07

1985    1990    1995    2000    2005    2010    2015    2020    2025

Годы исследований

Рис. Динамика мощности дозы внешнего γ-излучения на группах пробных площадей.

В многолетней динамике мощности дозы прослеживаются два основных этапа: первые 8-10 лет с наиболее интенсивным снижением мощности дозы, обусловленной распадом короткоживущих радионуклидов, и последующий этап медленного снижения, связанный с радиоактивным распадом 137Cs, доля которого в спектре γ-излучения превысила 95 %. Очевидно, что в 1986 г., присутствие короткоживущих радионуклидов в спектре γ-излучения определяло очень быстрое снижение мощности дозы в течением первых месяцев с момента выпадений [1, 4, 8].

На первом этапе снижение мощности дозы зависело от парциального вклада в спектр γ-излучения 106Ru и 144Ce: период полуснижения мощности дозы составлял от 1,2 года для I и III групп объектов, при снижении вклада 106Ru и 144Ce на II группе объектов период полуснижения возрастал до 1,4 лет, а для IV группы объектов с преобладанием с загрязнении 137Cs – до 2,2 года. Соответственно, уменьшался вклад «быстрой» составляющей в многолетней динамике снижения мощности дозы. Так, для I группы объектов «быстрой» компонентой снижения мощности дозы было обусловлено до 70 % многолетней динамики исследуемого показателя, а для IV – только 30 %.

С середины 90-х гг. интенсивность снижения мощности дозы внешнего γ-излучения существенно замедлилась, что было обусловлено радиоактивным распадом 106Ru, 144Ce и 134Cs. Величина полуснижения мощности дозы γ-излучения составляет от ∼15 лет на I-III группах опытных объектов «ближнего» следа радиоактивных выпадений до 18 лет – на IV группе опытных объектов «дальнего» следа выпадений. Меньший период полуснижения мощности дозы относительно величины радиоактивного распада, вероятно, определяется уменьшением исследуемого показателя не только вследствие физического распада основного дозообразующего радионуклида – 137Cs, но и миграции радионуклида в вертикальном профиле почвы. Вследствие миграции может иметь место некоторое экранирование излучения поверхностным слоем почвы. Кроме того, в многолетней динамике содержания радионуклидов в надземной фитомассе древесных растений также прослеживается устойчивый тренд к снижению, что может служить дополнительным фактором снижения мощности дозы [6, 9].

Вклад «медленного» слагаемого двухэкспоненциального уравнения в многолетнее снижение мощности дозы повышается от I группы объектов (∼30 %) к IV группе объектов (∼60 %). Соответственно, можно отметить, что основная часть дозы от внешнего γ-излучения в лесных насаждениях формируется при наличии значительного количества короткоживущих радионуклидов в спектре γ-излучения формируется в течение первых лет после радиоактивного загрязнения. Преобладание в спектре долгоживущего 137Cs определяет формирование основной части дозы в последующие годы, поскольку величина мощности дозы хоть и высока, но быстро стабилизируется вследствие радиоактивного распада.

Полученные результаты по многолетней динамике мощности дозы внешнего γ-излучения в лесных насаждениях могут послужить исходным материалом для подготовки расчётных дозиметрических моделей формирования доз внешнего γ-излучения в лесных биогеоценозах.

Выводы

• 1.    Динамика мощности дозы внешнего γ-излучения в лесных биогеоценозах в 1988-2008 гг. удовлетворительно описывается двухкомпонентной экспоненциальной зависимостью.

• 2.    Выделены два основных этапа в многолетней динамике мощности дозы внешнего γ-излучения в лесных биогеоценозах в 1988-2008 гг.: первый этап наиболее интенсивного снижения, связанный с распадом среднеживущих радионуклидов (с конца 80-х по середину 90-х гг.), последующий этап медленного снижения, связанный с распадом долгоживущего ¹³⁷Cs (с середины 90-х гг. по настоящее время).

• 3.    На первом этапе при парциальном вкладе ¹⁰⁶Ru и ¹⁴⁴Ce в радиоактивное загрязнение преобладало «быстрое» снижение мощности дозы с периодом полуснижения до 1,2 года. При преимущественном загрязнении территории ¹³⁷Cs период полуснижения мощности дозы повышался до 2,2 года. Второй этап характеризовался продолжающимся снижением мощности дозы внешнего γ-излучения с периодом полуснижения от 15 до 18 лет независимо от вклада в загрязнение территории различными радионуклидами.